マックス・プランク・コロイド・界面研究所

マルクス・アントニエッティが率いるコロイド化学部門は、ナノメートル範囲の様々なコロイド構造の合成を扱っています。これには、無機および金属ナノ粒子、ポリマーおよびペプチド構造単位、それらのミセルおよび組織化相、ならびにエマルジョンおよびフォームが含まれます。コロイド化学は、適切な機能化コロイドを通して構造階層を持つ材料を作り出すことができます。これは、官能基の「チームワーク」によって新しい特性を生み出します。適切な構造を持つこれらのコロイドは、非常に特殊なタスクを果たすことができます。単一分子システムは、その複雑さの欠如のために、これを行うことはできません。その例として皮膚が挙げられます。皮膚ほど柔らかく、同時に非常に耐引裂性があり、しかも主に水でできている合成材料はありません。その秘密もまた、3つの成分（コラーゲン、ヒアルロン酸、プロテオグリカン）間の相互作用にあります。この珍しい特性の組み合わせは、「チーム」で超構造を形成することによってのみ可能になります。^{[ 2 ]}

ピーター・フラッツルが率いるバイオマテリアル学科は、生物材料および生体模倣材料の分野における学際的研究に重点を置いています。重点は、機械的特性やその他の物理的特性が構造と組成によってどのように制御され、環境条件にどのように適応するかを理解することにあります。さらに、天然材料（骨や木材など）の研究は、多くの分野で応用される可能性があります。第一に、自然から学ぶことで、新しい材料の設計コンセプトを改善できる可能性があります。第二に、骨や結合組織の構造が最適化される基本的なメカニズムを理解することで、病気の研究、ひいては診断と治療戦略の開発に貢献する道が開かれます。第三の選択肢は、自然によって生成された構造を利用し、物理的または化学的処理によって技術的に関連のある材料に変換することです（バイオテンプレート）。天然材料の複雑さを考えると、構造特性評価のための新しいアプローチが必要です。これらのいくつかは、特に階層構造の研究のために、当学科でさらに開発されています。^{[ 3 ]}

ラインハルト・リポウスキーが率いる理論・生物システム学科は、生物系および生体模倣系における分子、コロイド、ナノ粒子の構造とダイナミクスを研究しています。これらのシステムの分子構成要素は「自律的に」集合し、多様な超分子ナノ構造を形成します。そして、これらのナノ構造は相互作用し、さらに大きな構造やネットワークを生み出します。これらの複雑なプロセスは、関連する長さスケールや時間スケールで観察することが困難であるため、自己組織化の隠れた側面を表しています。

現在の研究は、分子認識、分子モーターによるエネルギー変換と輸送、転写と翻訳のダイナミクス、フィラメントと膜の自己組織化に焦点を当てています。^{[ 4 ]}

ヘルムート・メーヴァルトが率いる界面部門は、主に分子界面を理解し、それを本質的に大きな表面積/体積比によって決定されるコロイド系に関連付けることを目的としている。その結果、平面または準平面界面の特性評価における当部門の強みが増し、さらにこの知識を曲面界面に適用することにも成功している。このことから、大きな表面積を必要とする技術（NMR、DSC）で表面を研究できるため、平面界面について再び学ぶことができた。^{[ 5 ]}

ピーター・H・ゼーベルガーが率いる生体分子システム部門の研究者たちは、糖鎖を合成するための新しい方法を用いている。最近まで、天然に存在する糖のほとんどは、スクロース（家庭用砂糖）やデンプン（植物）のように生物にエネルギーを供給するものであった。しかし、炭水化物に属する複雑な糖分子も、多くの生物学的プロセスに関与している。これらは人体のすべての細胞を覆い、例えば感染症、免疫反応、癌転移における細胞表面の分子識別において重要な役割を果たしている。複雑な糖は自然界で細胞コーティングとして遍在しており、マラリアに対するワクチン開発などにも利用できる。このように、炭水化物は医学にとって非常に興味深いものであり、細胞表面の糖残基が生物学や医学において重要な意味を持つことが認識されるようになったのは、ここ約20年ほどのことである。^{[ 6 ]}

これまで、生物学的に重要な構造を持つ炭水化物を、生物学、製薬、医学研究のために大量に合成する化学合成法は存在しなかった。しかし、糖分子同士、あるいは他の分子同士を結合できる初の自動合成装置の開発により、これらの課題は解決される見込みだ。

マルチスケールバイオシステムに関するIMPRSは、水溶液中の高分子、これらの構成要素間の分子認識、分子機械による自由エネルギー変換、細胞および組織における構造形成と輸送といった、バイオシステムの基礎的なレベルに取り組んでいます。研究活動は、以下の4つの主要分野に焦点を当てています。

• 炭水化物の分子認識
• 生体分子と光の相互作用
• 指向性のある細胞内プロセス
• 組織の方向性のある形状変化